【摘要】：聚乳酸(PLA)作為一種理想的綠色高分子材料,其生物相容性好,機(jī)械性能優(yōu)良,并能夠?qū)崿F(xiàn)在自然界中的循環(huán)使用。雖然性能優(yōu)異,但PLA也存在著一定的局限性,如耐熱性差,成型的聚乳酸制品為結(jié)晶和半結(jié)晶的狀態(tài),且脆性較大。纖維素在自然界中是含量極為豐富的天然高分子聚合物,具有原料可再生性強(qiáng)、低成本、高比強(qiáng)度、高比強(qiáng)模量、生物相容性好、可降解、可循環(huán)利用、有較好的耐熱性等特點(diǎn)。但由于纖維素?fù)碛写罅康牧u基,這些羥基能夠使鏈與鏈之間形成大量的氫鍵網(wǎng)絡(luò),而這種分子內(nèi)氫鍵作用力會(huì)導(dǎo)致纖維素在水和一般的有機(jī)溶劑的分散性和溶解性變差。本研究以聚乳酸(PLA)為聚合物基體,采用酸水解法制備納米纖維素(NCC),并對(duì)所制備的納米纖維素用N,N-羰基二咪唑(CDI)進(jìn)行活化改性,然后將納米纖維素晶體(NCC)及改性活化后的納米纖維素(NCCCDI)晶體分別加入到PLA基體中制備成紡絲液,最后采用靜電紡絲法制備復(fù)合薄膜。探討NCC添加量的和改性活化后NCC添加量對(duì)靜電紡復(fù)合纖維形貌和性能的影響,及比對(duì)兩者對(duì)PLA的增強(qiáng)效果。通過透射電鏡觀察酸水解制備的納米纖維素的微觀形貌;掃描電鏡觀察復(fù)合薄膜的微觀形貌;紅外光譜表征納米纖維素和CDI活化納米纖維素的結(jié)構(gòu);X射線衍射分析納米纖維素活與化納米纖維素的結(jié)晶度;掃描量熱儀表征熱力學(xué)性能(TG);電子萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其力學(xué)性能。結(jié)果表明:所得到納米纖維素的直徑約為10-25 nm,長度約為100-300 nm;NCC經(jīng)CDI活化改性后,表面上成功的引入酯基;NCC-CDI結(jié)晶度較NCC的結(jié)晶度提高了10.64%;活化后的NCC在PLA基體中的分散性優(yōu)于NCC;NCC/PLA及NCC-CDI/PLA與純PLA相比,拉伸強(qiáng)度分別提高了26.46%和43.18%;吸液率分析可知,在NCC與CDI含量從0-0.5%時(shí),吸液率顯示下降趨勢(shì),從1-3%,吸液率顯示上降趨勢(shì),二者的總體趨勢(shì)都是先降后增,其中NCC-CDI/PLA的吸液率明顯大于NCC/PLA,平均高出67.8%;由TG結(jié)果可知,NCC-CDI/PLA復(fù)合膜與PLA純膜相比,熱穩(wěn)定性有所提高,且NCCCDI/PLA薄膜的熱穩(wěn)定性明顯高于NCC/PLA;通過DSC測(cè)試結(jié)果可知,含量為1%NCC-CDI加入PLA中存在結(jié)晶峰,有利于PLA結(jié)晶,而當(dāng)含量增到3%時(shí),PLA結(jié)晶峰消失,不利于結(jié)晶。上述結(jié)果表明,以NCC作為增強(qiáng)相,利用靜電紡絲技術(shù)制備出的PLA/NCC復(fù)合薄膜在熱學(xué)和機(jī)械性能上均有明顯的提升,而活化改性后的NCC-CDI增強(qiáng)效果更佳,本研究同時(shí)揭示了NCC及NCC-CDI對(duì)靜電紡PLA的增強(qiáng)機(jī)理,為PLA材料在生物醫(yī)藥、食品包裝工程等方面的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ340.64;TB383.2
【圖文】：

為 536 萬噸。從化學(xué)結(jié)構(gòu)而言，纖維素是由許多環(huán)式吡喃基在 1-4 位彼此以 β-苷鍵聯(lián)結(jié)而成的線型天然高分子聚合物[4]。取決于其來源，來源不同則鏈長不同[5]。大多數(shù)的天然纖維素纖的含量通常為 60-70%，主要由 C、H 和 O 三種元素組成[6]。纖驗(yàn)式為（C6H6O5）n（n 為聚合度，一般高等植物纖的聚合度為[4]。物理性質(zhì)而言，纖維素是無色、無味、無毒的純白色固體聚合物和普通有機(jī)溶劑，在常溫下，也不為稀酸和稀堿所溶解。這是由和分子間作用力，使得纖維素不能轉(zhuǎn)變成熔融狀態(tài)[9]。纖維素在的水中以及大量不同極性的有機(jī)液體中保持穩(wěn)定，但在這些介質(zhì)。另外，纖維素在一定條件下可發(fā)生水解反應(yīng)、熱分解反應(yīng)、氧[10]。 纖維素根據(jù)晶型結(jié)構(gòu)可分為纖維素Ⅰ型、纖維素Ⅱ型、纖維素Ⅳ型[11]。研究最多的要數(shù)纖維素Ⅰ型和纖維素Ⅱ型。在大多壁中，纖維素主要是由一系列結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)構(gòu)成[12]。如圖 天然纖維素中，存在兩種介穩(wěn)結(jié)晶態(tài)，即纖維素 Iα和纖維素 I Iα是由具有一個(gè)鏈的三斜晶胞組成的[14]，而纖維素 Iβ是由含的單斜晶體組成的[15]。天然纖維素晶體結(jié)構(gòu)大多數(shù)是纖維素 Iβ型

是一種直徑為 1～100nm、長度為幾十～幾百納米的剛性棒狀棒狀超細(xì)微纖維。與普通的非納米纖維素相比，由于 NCC 長徑比大、純度高、結(jié)晶度高、楊氏模量高、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，其在材料上表現(xiàn)出楊氏模量和強(qiáng)度高的性能，結(jié)合其生物材料的輕質(zhì)，可降解、生物相容及可再生等特性，使其在高性能復(fù)合材料中顯示出巨大的應(yīng)用前景。圖 1-3 為納米纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)式。納米纖維素的表面中含有大量的羥基，從而其表面易于化學(xué)改性來賦予表面不同的特性。由于納米纖維素的特點(diǎn)，由化學(xué)式可知，每個(gè)葡萄糖單元上都有三個(gè)自由羥基，兩個(gè)仲醇羥基，一個(gè)伯醇羥基。由于他們所處的位置從而化學(xué)反應(yīng)活性不同。這些羥基對(duì)纖維素的性質(zhì)具有非常重要的作用，如酯化、水解、接枝共聚等[8]。就目前為止，世界各國研究者已經(jīng)開始利用納米纖維素的羥基表面對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性，并引入新的功能性基團(tuán)來制備新的功能性復(fù)合材料。納米纖維素作為增強(qiáng)材料理念來源于把纖維素晶體高剛度、高強(qiáng)度和輕質(zhì)化的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用在復(fù)合材料中。

影響所得纖維的形態(tài)，通過適當(dāng)操作這些參數(shù)，我們可以獲得所需形態(tài)和直徑的微/納米纖維。例如，聚合物溶液必須具有足夠高的濃度，以引起聚合物纏結(jié)。溶液還必須具有足夠高的電荷密度和足夠高的粘度以防止射流在溶劑蒸發(fā)之前塌陷成液滴。不管溶液中聚合物的濃度如何，通過減少注射器和接收板之間的距離，可以改變聚合物的微觀形態(tài)；離或減小電壓可減少珠狀結(jié)構(gòu)。通過調(diào)控重要的電紡絲參數(shù)，如施加電壓，針端到收集器距離，流速，聚合物濃度，溶劑介電常數(shù)和收集器速率，可制備特定性能的纖維[69]。

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本文編號(hào)：2793188